论文部分内容阅读
本文合成了中间体BMIC（氯化-1-甲基-3-丁基咪唑）和BMIC-AlCl3离子液体。在100℃下，利用AlCl3摩尔分数为0.667的酸性BMIC-AlCl3离子液体在不同的基体材料上成功地电解出了金属Al。通过核磁共振氢谱及红外图谱对中间体BMIC和酸性BMIC-AlCl3离子液体的结构进行了表征。分析发现，中间体BMIC中含有大量的氢键，但是酸性BMIC-AlCl3离子液体中的氢键极弱。测定了离子液体的电导率，考察了离子液体的组成、温度与电导率的关系。实验结果表明，离子液体的电导率在AlCl3摩尔分数xAlCl3＜0.667的范围内，随xAlCl3的增大而升高；而在0.667＜xAlCl3＜0.692的区域，AlCl3摩尔分数对电导率的影响很小。离子液体的电导率随着温度升高而增大，且电导率κ与温度的关系符合Kohlraush经验式：κ=κ0[1+α（t-t0）+β（t-t0）2]式中κ0为当温度t=t0时体系的电导率，S·m-1；α、β为温度系数；t为温度，℃；t0为室温（25℃）。通过线性扫描和循环伏安法研究阴极电极反应的结果表明，Al2Cl7-离子还原为Al的电极反应是一个3电子的还原反应，还原过程中没有其他中间产物生成，说明Al2Cl7-离子还原为Al只有一个电子转移过程。该电极反应为不完全可逆反应。利用扫描电子显微镜对Al沉积层的形貌进行分析，发现在不同基体材料上Al沉积层的厚度均随时间延长而增加，边缘沉积层厚度比中间部分大。沉积层表面枝晶现象随电解时间的延长越来越严重，但最初沉积20-40μm内的铝沉积层致密度比较好。不同基体上沉积层致密层的厚度并不相同，低碳钢上Al沉积层致密层的厚度要大于铜片和不锈钢。通过能谱对Al沉积层进行分析，发现沉积层中Al的含量都超过了99.9％。在酸性离子液体中添加NaCl可以改变离子液体中离子的分布及阴极电流密度，对Al沉积层的质量产生一定的影响，但对沉积层的质量没有明显改善。研究还发现，低电流密度下进行Al的电解精炼，获得沉积层的质量相对较好，且电流效率高；高电流密度下获得的Al沉积层表面晶粒粗大，容易脱落。根据影响沉积层质量的因素，我们可以从选择基体、改善电流分布、提高离子的传输、控制适当的电流密度、加入合适的添加剂等方面入手，优化实验条件、添加合适的助剂，从而改善Al沉积层的质量。